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    專注油氣領域
    與獨立思考者同行

    為壓裂設備配上中央神經系統

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    數字化完井系統集成了OFS數據,提高了壓裂效率,降低了作業成本。

    編輯 | 大安

    Cold Bore科技公司的SmartPAD是一種新型的數字工業物聯網(IIOT)完井技術,通過使用傳感器驅動的軟件,取代了壓裂過程中精確度較低的人工手動記錄模式。該系統將所有服務商的實時作業數據顯示在同一個屏幕上,并生成一個時間序列的井口作業日志。

    2020年的國際油價暴跌,是油氣行業發展史上最嚴重的一次。WTI(西得克薩斯中質原油)年初處于60美元/桶的價格區間,但由于沙特阿拉伯和俄羅斯之間激烈的價格戰、Covid-19引發的全球需求銳減以及原油庫存能力不足等諸多因素導致原油期貨價格在4月中旬暴跌300%,降至-37.63美元/桶。后面,鑒于沙特阿拉伯和俄羅斯之間達成的減產協議以及中國市場需求不斷增長等原因,油價有所回升但仍然過低,難以有效刺激鉆探活動復蘇。由于新冠肺炎疫情和未來市場需求的不確定性,加上全球高庫存和閑置產能,使WTI在今年剩余時間內的價格預期在40美元/桶左右。

    這些因素導致美國二疊紀盆地的鉆探活動急劇減少。二疊紀盆地曾是美國頁巖油行業的寵兒,在過去十二年里一直引領著世界石油產量的增長,但現今二疊紀運營商的利潤大幅下降,大多數都大幅削減了資本支出和運營規模。那些仍在生產的企業正在尋求任何可能的手段來提高生產率。由于WTI原油價格在30美元/桶位置徘徊,二疊紀盆地多數企業只能彌補現金成本。

    應對低效挑戰

    與制造業、零售業和食品服務等許多其他行業一樣,數字解決方案經實踐證明可行且高效。數字化和自動化技術取代了更昂貴、耗時且危險的人工操作,改變了二疊紀油田運營商從頁巖中提取原油的方式。在當今市場的緊張局勢下,數字解決方案可以降低盈虧平衡成本,從而生產商可以通過降低商品價格來盈利。

    在完井過程中,公司通常會安排員工在井口記錄各種服務數據,然后手動跟蹤作業時間序列數據,這個過程本質上低效且精確度低。然后,運營商的數據需要與服務公司的原始數據(通常記錄和格式都不同)進行協調,這是一項更加艱巨和欠精確的工作。

    數字轉換

    Cold Bore科技公司的SmartPAD是一種數字完井技術,可以取代欠精確的手動跟蹤方式。作為世界上第一個通用型完井操作系統,SmartPAD改變了Permian盆地、Bakken頁巖和加拿大西部生產商的作業模式,效率大幅提高,同時也帶來了競爭優勢。

    “我們把SmartPAD稱為中央神經系統,”Cold Bore公司總裁Brett Chell解釋道,“通過連接一系列不同服務公司的自動化設備,來實現效率提高。井口閥門分布在六個不同的位置,SmartPAD系統使用安裝在井口閥門上的傳感器來測量壓力數據,如圖1所示。自動數據由系統的工業物聯網傳感器驅動的軟件實時捕獲。其結果是將所有服務公司的數據,包括盤管、電纜、壓裂、泵注、水量和砂量數據整合到一個屏幕上。

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    圖1所示,在壓裂作業期間,六個井口閥門均安裝有傳感器,用于測量壓力數據。

    SmartPAD解決了運營商目前面臨的一個最艱巨的挑戰:如何追蹤他們的運營時間序列數據。Chell解釋道:“我們的軟件可以對壓裂樹(備注:壓裂樹是壓裂設備的重要組成部分,主要由多個壓裂閘閥和壓裂頭組成。主要作用:從多個壓裂管匯輸入到壓裂頭內,通入壓裂閘閥,進入井底對巖層進行壓裂作業,通過壓裂閘閥開關來控制壓裂作業。)進行狀態檢測。”它用每秒記錄的格式數據取代了員工的手動記錄方式,系統通過時間軸將所有服務數據附加到操作日志中,并自動填充到WellView和OpenWells中。“它是一個完全自主化的系統,所有人都可以訪問這些完全格式化的時間序列數據。”

    通過在現場安裝一個基于許可的邊緣服務器,實現所有服務公司的數據共享,也可以遠程共享至全球各地的運營商辦公室(如圖2所示)。可在一個中心位置同時對多個壓裂點進行監測,這大幅降低了基礎設施建設需求和運營支出。

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    圖2所示,數據采集單元能夠實現所有服務商壓裂作業信息的數據共享,并支持在計算機或pad設備上的遠程訪問。

    實時數據捕獲的優勢。SmartPad具備實時捕獲工作流的能力,能夠更好地理解操作關鍵路徑。由于數據被跟蹤到第二步,可將預期的工作計劃與實際的工作流程進行比較,從而減少非生產時間(NPT),同時記錄生產效率的提高(PEG)(圖3所示)。Chell解釋道:“從服務角度來說,最難跟蹤的事情之一就是何時優化操作或執行速度何時比預期更快。通過應用SmartPad技術,就可以輕松而精確地追蹤到PEG。”

    當所有的相關服務數據通過工作流匯聚到一起,Cold Bore的壓裂分析工具就會發揮作用。該軟件允許運營商將壓裂數據集與其他數據集相疊加,從而獲得新的信息。Chell說:“開發軟件的初衷是為了迎合客戶的需求,它能識別問題并給出解決方案。最終,我們將把軟件植入到設備之中,便于它做出調整。通過應用該款“利器”,運營商還可把工人轉移出危險的“紅區”,大大提高作業的安全性。

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    圖3所示,關鍵路徑儀表板幫助運營商實時獲取可視化工作流,進而更深入地理解操作關鍵路徑。該特性能夠幫助工程師減少NPT并記錄PEG。

    “SmartPAD提供了一個以操作人員為中心的視角,”Chell繼續說道。“例如,僅僅查看彎流參數不會產生多大價值,客戶更想了解地是它與時間序列的關系。相對于花費的時間,你所有的原始值意味著什么?”該系統既能優化現場操作,也能優化辦公室操作。井口作業時間日志,即從壓裂樹傳感器中提取的時間序列數據,是無偏差和標準化的,這意味著可交付成果和未完成的目標、非作業時間和生產效率提高等方面都易于辨別,而且不會受到運營商和服務公司之間作業分歧的影響。

    自動化智能合同功能可增加價值。運營商和服務公司之間通過應用“兩次握手機制”來簽訂智能合同,能夠就合同上的任何貸方或借方達成一致,因而可以在第二階段進行交易。Chell解釋道:“你可以對績效合同做出任何基于績效的小改動。在工作結束前,一切都是公正和可調解的。所以,當他們離開時,既沒有客戶經理,也沒有比較數據集,一切都完成了,雙方都是同意的。”

    自動化智能合同也可以用作績效激勵。由于合同可以在第二階段達成一致,并在一天內完成交易,運營商可以選擇優先向“五星”服務商支付費用,而后再向“兩星”服務商支付費用。Chell說道:“這是一個基于時間序列數據的自我物質激勵的支付計劃。服務公司要想更快地獲得現金流回報,就必須盡力提供更優質的服務。”

    現場應用

    當前,二疊紀盆地的部分運營商正在應用SmartPAD系統,其中Hibernia Resources公司今年安裝部署了該系統,美國石油天然氣公司Parsley Energy(以下簡稱PE)首席運營官John Blevins III強調指出了遠程訪問系統的益處。他說:“該系統幫助我能夠在休斯敦和米德蘭的辦公室遠程監測現場壓裂作業動態,并可以查看歷史數據。通過快速瀏覽兩口井在過去6個小時內的壓裂數據,可以比較其壓裂效果。我們還可以利用它做很多其他的事情,公司顧問們也在現場廣泛應用它。”

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    圖4所示,Brett Chell和一位現場技術人員在檢查二疊紀盆地壓裂作業中多家服務商的數據。

    Hibernia使用SmartPAD來研究換井效率,這是二疊系盆地作業人員為了縮短壓裂時間所面臨的主要問題。“我們在研究哪家服務商的作業效率最高,是如何運作的,以及我們可以學到哪些,” Blevins解釋說。“我們可以診斷每天、每分鐘、每秒鐘所發生的事情。通常情況下,我們不會在意看起來屬于正常操作的零碎時間或偏低的操作效率。當壓裂段數高達390個,如果每段壓裂可以節省3分鐘,這將是一個巨大的改變,絕對可以影響全局。通過短暫使用SmartPAD系統,Hibernia可以使工作人員在11~12分鐘的時間內完成換井壓裂,大約可節省20個小時。“沒有哪家公司能比我們更高效,或者做得更安全。”Blevins說道。

    Chell強調指出:“SmartPAD系統的一個關鍵優勢是能夠縮短單段壓裂用時,所節約的時間還可用來增加新的壓裂段數。”

    通過基于權限的登錄系統與所有人共享數據,這個功能非常實用。Blevins表示:“我們非常樂意與現場的每個人共享數據,只有這樣團隊才能了解各自的表現是好是壞。每天早上,各家服務商可以在現場或遠程登錄系統,查看施工質量并給出改進措施。由于這款系統能顯著提高作業效率,所以應該是頗受大家青睞的。”

    操作人員可以通過SmartPAD進行效率對比:人員效率、服務公司效率、井間效率以及極板間效率。Chell說道:“關鍵是所有的數據都是格式化的,而且是在操作環境中進行的。擁有這個“利器”后,你就可以要求對數據集進行“定制”分析,而你所要做的就是建立可視化。”

    Hibernia也實現了作業后的效率提升。Blevins說道:“SmartPAD提供了一種簡單有效的方法來核對發票單據時間。最終,我們在額外增加的作業時間里節省了大約3萬美元。”

    案例研究2。PE公司自五年前起就一直致力于作業效率的提高。公司負責完井業務的高級經理Agustin De Fex說道:“目的是實現資源的優化配置,降低施工安全風險。”

    現場員工手工記錄壓裂數據和作業效率,錄入excel電子表格,并依靠編程技能逐個案例進行分析。雖然初期效率區間為25%~30%,但仍需要額外的成本投入,并需要數月時間來了解和優化,公司要想完成泵注目標需要每天工作18個小時以上。

    De Fex解釋說:“兩年前,我們與Cold Bore公司進行了技術交流,并意識到我們可以在現場獲得更精確的時間序列數據,并能把零碎的幾分鐘時間利用起來,作業效率得以提升。”

    De Fex和他的團隊將壓裂作業劃分為42個小步驟,各個步驟都進行實時數據精準測量。他說:“我們確定了關鍵路徑和步驟,并設置了安全警報,用來保障人員安全。效率顯著提高,我們感到無比欣喜。”

    效率提高不是以安全為代價獲得的。作業安全永遠是排在首位的,需要單獨的預算。De Fex說道:“通過應用SmartPad系統,工作人員不需要記錄每個步驟的作業數據,只需要專注于工作流程。現場施工安全性更高,實現了雙贏。”

    PE公司希望能與Cold Bore公司建立長期合作伙伴關系。“PE還是一家年輕的公司,我們非常關注未來的發展態勢,”De Fex解釋說,“我們尋找能夠滿足自身需求的合作伙伴,在Cold Bore公司的技術支持下,我們快速提高了壓裂效率,實現收支平衡,相信不久后便會開始盈利了。”

    創新技術得到長足發展

    在過去的一年里,從美國二疊紀盆地到加拿大不列顛哥倫比亞省的蒙特尼(Montney)氣田,Cold Bore為眾多的北美壓裂運營商安裝了SmartPAD智能系統。Chell說道:“許多運營商對我們提供的技術如饑似渴,需求迫切!預計在2020年剩下的時間里,國際油價仍將保持低位,運營商們正在努力減少停工時間,提高作業安全性和效率,而SmartPAD系統正好能滿足這一要求。”

    沒有人知道2020年剩下的時間里會發生什么事情,油價“前途未卜”。無論價格如何發展,二疊紀油氣運營商都需要采用最優化的技術解決方案,才能在2021年及以后的時間里繼續生存并謀求發展壯大。Cold Bore公司的SmartPAD系統將是他們可以借助的一把利器。

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